CN101634777A - 应用于大尺寸lcd超高亮度led矩阵直下式背光模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于大尺寸LCD超高亮度LED矩阵直下式背光模组，LED矩阵模块以六粒LED串联为一直行，LED纵横之间组成方型矩阵，PCB电路板的长度与行的数量根据这样的排列组合方式一直延伸到LCD屏幕可视区的两边，同样根据屏的大小作出调整，以满足LED矩阵排列的面积与LCD显示区一致，所述的LED选用表面焊接封装5.0×5.0mm或者3.5×2.8mm的三芯全白色高亮顶光LED，色彩坐标值是X：0.303，Y：0.293附近，亮度值是7000mcd以上，以0.1V分档，保证低亮度工作时的一致性。每粒LED的间距是15.6～16.5mm，每六粒LED串联一直行的行间距离也是15.6～16.5mm。本发明应用LED矩阵制作直下式超高亮度背光模组，亮度可以提高到1200流明以上，既可满足户外阳光下亮丽可视的亮度要求，又能解决功耗过大和产生的过热问题，LED矩阵的亮度可控范围大，并节能环保。

Description

应用于大尺寸LCD超高亮度LED矩阵直下式背光模组

技术领域

本发明是有关于一种LCD的背光模组，具体是指应用于大尺寸LCD超高亮度LED矩阵直下式背光模组。

背景技术

目前，大尺寸26寸以上的LCD-TV宽屏配套的背光源主要是用16~24根CCFL多灯管的直下式背光，亮度范围在500流明，有些厂家开发了三色LED直下式背光用于32寸和42寸LCD-TV宽屏，色彩饱和度提高得到提高，但亮度范围都在500流明左右，无法满足户外阳光下可视的高亮度环境的使用要求。

大尺寸LCD屏的背光模组主要是由光源(CCFL或LED)，雾板(半透明亚克力板)，光学反光膜和增光膜，塑胶框和金属框组成。目前市场上主流的LCD-TV宽屏都是用CCFL做光源，大尺寸26寸宽屏、多数是用16根直灯管或8根U型灯管的直下式背光，32寸以上宽屏是用18-32根直灯管的直下式背光，亮度范围都在500流明。用LED做光源已有几年，目前应用于小尺寸LCD屏，如手机，PDA，手持摄像机屏都是LED侧式背光，部分笔记本电脑屏也用的是LED侧式背光的LCD屏，二年前，日本厂商推出了三色(R.G.B.)LED直下式背光应用于LCD大屏上，主要是利用LED较宽的色彩频谱提高LCD的色彩饱和度，亮度范围还是在500流明左右，户外阳光下的显示效果不佳。

26寸以上LCD宽屏的超高亮背光方案，传统上一直用的是增加CCFL灯管数量的直下式背光方式。CCFL直下式高亮背光，所用灯管数量是原屏的大约1.5倍左右，亮度是提高了，但功耗也增加了同样的倍数，而高功耗同时产生高热量，过热问题比较严重，难予解决，直接影响高亮屏的高温工作特性；CCFL直下式高亮背光中的灯管是在两端固定，中间没有灯槽保护，仅用2~3个塑料小支撑架，灯管容易断碎，抗振动和抗冲击性较差；最主要的问题是随着屏的尺寸的增大，灯管的长度也在加长，超过1000mm，要启动和点亮这么长的灯管，逆变电源的启动电压需要提高到2000V以上，甚至要达到2500V才能启动灯管，并保持在2000V或以上CCFL长灯管才能正常工作，这就为大功率高电压逆变电源的开发、设计和制造带来了一定的技术难题，而长灯管在低温启动方面的特性更差，无法适合户外低温环境中的应用。

虽然用LED制作超高亮直下式背光，可以近乎完美地解决以上问题。但是目前国际上只有几个公司有这类产品，国内目前京东方和海信有三色LED直下式背光，超高亮LED直下式背光还未有产品推出市场，原因主要是成本高，均匀度和亮度达不到要求，过热问题严重。

在26寸以上LCD-TV大屏上，各生产厂家推出市场的产品亮度都是标准500流明的，个别如三星有600-700流明的型号，亮度达不到户外强光环境可视的显示要求；靠增加灯管数量来增加亮度，首先要解决配套的大功率高电压逆变电源，而增加灯管数量产生了高功耗和高热，户外高温环境应用会有很大问题，尤其是户外阳光照射下，情况更差，屏幕很快会因背光高温和阳光吸热双重原因产生的高温变黑，无法正常显示；而对于52寸以上的超大LCD屏，为长灯管配套的大功率超高压逆变电源的开发、设计和生产需要很高的技术能力，成本也非常高，国内目前还没有相关产品，都是由LCD大屏的原生产厂商与LCD面板一起配套提供。目前的超大LCD屏，高压逆变电源的高压交流是通过背光模组的金属背板做回路，这个回路方案对屏的整体EMI/EMC水平，抗干扰能力也有一定的影响。

发明内容

本发明的目的是应用LED矩阵制作直下式超高亮度背光模组，亮度可以提高到1200流明以上，满足户外阳光下亮丽可视的亮度要求，同时降低了功耗也解决产生的过热问题，并改善了整机的可靠性和稳定性。

为了达成上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种应用于大尺寸LCD超高亮度LED矩阵直下式背光模组，LED矩阵模块以六粒LED串联为一直行，LED纵横之间组成方型矩阵，PCB电路板的长度与行的数量根据这样的排列组合方式一直延伸到LCD屏幕可视区的两边，同样根据屏的大小作出调整，以满足LED矩阵排列的面积与LCD显示区一致，所述的LED选用表面焊接封装5.0×5.0mm或者3.5×2.8mm的三芯全白色高亮顶光LED，色彩坐标值是X：0.303，Y：0.293附近，亮度值是7000mcd以上，以0.1V分档，保证低亮度工作时的一致性。

每粒LED的间距是15.6~16.5mm，每六粒LED串联一直行的行间距离也是15.6~16.5mm。

电路是用六粒LED串联，再串接一个限流电阻作为一组，数十组并联组成一块矩阵模块的电路，根据屏的尺寸大小确定并联组的数量和矩阵模块的长度，矩阵模块的数量极其排列组合方式也是根据屏的尺寸大小确定其数量和排列组合方式，可全垂直组合排列，或水平对分组合排列。

PCB电路板为厚度为0.4~0.6mm双面PCB电路板，配10~15mm厚的E型铝型材散热片。

PCB电路板设有LED的面涂有纯白色反光漆。

LED矩阵的排列方式，以16mm为纵横间距值，正负3％的调整范围，排列成方形矩阵，成为面光源。

其电压和电流都为恒定电压和恒定电流。

采用上述方案后，本发明应用LED矩阵制作直下式超高亮度背光模组，与目前市场上的CCFL直下式背光相比，亮度可以提高到1200流明以上，既可满足户外阳光下亮丽可视的亮度要求，又能解决功耗过大和产生的过热问题；整体背光模组是DC-DC直流电源供电，大大提高了电源转换效率，并改善了整机的可靠性和稳定性，模块化背光设计，方便拼接和扩展，可极方便地应用到任何尺寸的LCD大屏上，也方便了背光电源的模块化扩展配套，无需为更大的LCD屏制造更大功率的背光电源；LED矩阵的亮度可控范围大，可将亮度降到最高亮度的15-20％，为提高动态对比度提供了可行性，大大改善夜晚黑暗环境的显示效果，并节能环保。

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

附图说明

图1为本发明的电路原理示意图；

图2-3为本发明的矩阵模块的排列组合方式示意图；

图4为本发明的结构示意图；

图5为本发明直接用带铝基板的PCB电路板加E型铝型材散热片的结构示意图；

图6为本发明的有效光投射示意图。

图号说明：

1、LED矩阵模块  21、LED  2、直行  3、PCB电路板

4、E型铝型材散热片  31反光漆  5雾板

具体实施方式

一种应用于大尺寸LCD超高亮度LED矩阵直下式背光模组，如图1所示，LED矩阵模块的电路是采用串并相结合的电路，电路是用六粒LED串联，再串接一个限流电阻作为一组，数十组并联组成一块矩阵模块的电路，根据屏的尺寸大小确定并联组的数量和矩阵模块的长度，矩阵模块的数量极其排列组合方式也是根据屏的尺寸大小确定其数量和排列组合方式，可全垂直组合排列，如26寸和32寸屏，配合图2所示；或水平对分组合排列，如42寸和46寸以上的屏，配合图3所示；限流电阻的阻值为5-12欧母，阻值不可太大，6.8欧母较佳，电阻值大会造成电阻压降太大引起功耗浪费和热量增加。

LED矩阵排列的方式和数量是以达到亮度要求和实现良好的均匀度为原则，如图4所示，LED矩阵模块1以六粒LED21串联为一直行2，每粒LED21的间距是15.6~16.5mm，因此直行2的长度是93.6~99mm，该尺寸也同时是LED矩阵模块1中PCB电路板3的宽度，根据LCD屏幕的大小在此范围内作出调整，每六粒LED21串联电路一直行2的行间距离也是15.6~16.5mm，这样各个LED纵横之间组成方型矩阵，PCB电路板的长度与行的数量根据这样的排列组合方式一直延伸到LCD屏幕可视区的两边，同样根据屏的大小作出调整，以满足LED矩阵排列的面积与LCD显示区一致。

具体的LED矩阵模如图4所示，PCB电路板3是选用厚度为0.4~0.6mm双面PCB电路板，配10~15mm厚的E型铝型材散热片4，PCB电路板3有LED的一面涂上纯白色反光漆31，增加反光效果，(也可以直接用带铝基板的PCB电路板加E型铝型材散热片，但成本会高一些)；E型铝型材散热片4由多片拼接，尺寸可与整体背光模组的底板面积一样，见图5所示，焊好LED的PCB电路板3用散热硅胶紧密粘合在散热片上，做成LED背光模组底板，采用铝型材散热片的目的是为了将LED的热量直接引导出来；在LED背光模组铝型材散热片的上方，可适当装上散热风扇，增加散热效果。

本发明LED矩阵排列中最重要的数据是各个LED纵横之间的距离以16mm为间距值，可做正负3％的调整，过密会增加LED使用数量，增加成本和功耗，间距过大会影响亮度和均匀度，影响整体显示效果。该间距是根据LED与雾板5间的距离测算出来的，目前大多数大屏的背光中，CCFL与雾板5间的距离是16~18mm，本发明中所用的LED发光角度50％时是120度，但最有效的80％亮度时LED发光角度仅是60度，所以LED的间距定为15.6~16.5mm，有效光投射区在各个LED之间仍可有部分重叠，来改善均匀度，如图6所示。

上述所选用的LED是5050(5.0×5.0mm)或者3.5×2.8mm表面焊接封装SMT三芯封装全白色高亮顶光LED，色彩坐标值是X：0.3030；Y：0.293附近与日光颜色接近，亮度值是7000mcd以上，60mA正向电流标准级(非中/大功率级)，要求以0.1V分档筛选，保证在低电压小电流工作状态时良好的一致性。选用三芯封装LED是因为三芯封装LED的亮度理论值是一芯封装LED的三倍，至少是二倍以上，而5050三芯封装LED是目前亮度可达到7000mcd以上的LED中尺寸最小的；为了达到良好的均匀度指标，LED矩阵所用的LED数量相对较多，总功率会累计增加；选用这款60mA标准级LED，是为了将总功率控制在可接受的范围，防止产生过热。本发明的LED背光是模块化方式，每个模块所用的LED数量可控制在150~200粒，在这个数量内做到每个模块所用的LED是0.1V分档是完全可行的，既LED是3.0~3.1V、3.1~3.2V、3.2~3.3V、3.3~3.4V分档，分别用在单个模块上，而每个背光模块之间的电压差别可由其供电电源作出调整，达到整体模块组的一致。

本发明LED矩阵高亮直下式背光对供电控制电路有特殊严格的要求，电压和电流都要做到是相对恒定，既是恒流源又是恒压源，并且同步双控，电压升同时电流也升，电压降同时电流也降；由最暗到最亮的输入电压调整的范围，六粒LED串连电路的是在16.3~20.2V之间，在最高亮度状态时，每粒LED上的电压降不超过3.10~3.3伏特，根据LED分档电压值调整，每一组的电流最大值是60mA，以此控制LED温度不会过热，在最暗状态可降到接近3-6mA，LED在最高亮度工作时，其基底以不超过55℃为限，此为本发明的最重要的数据，超过电流最大值，LED的发光将因过热而不升反降。由于采用铝型材散热片，LED的热量可以直接经散热片导出，在散热片上再加装风扇提高散热效果。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。

Claims (7)

1、一种应用于大尺寸LCD超高亮度LED矩阵直下式背光模组，其特征在于：LED矩阵模块以六粒LED串联为一直行，LED纵横之间组成方型矩阵，PCB电路板的长度与行的数量根据这样的排列组合方式一直延伸到LCD屏幕可视区的两边，同样根据屏的大小作出调整，以满足LED矩阵排列的面积与LCD显示区一致，所述的LED选用表面焊接封装5.0×5.0mm或者3.5×2.8mm的三芯全白色高亮顶光LED，色彩坐标值是X：0.303，Y：0.293附近，亮度值是7000mcd以上，以0.1V分档，保证低亮度工作时的一致性。

2、如权利要求1所述的应用于大尺寸LCD超高亮度LED矩阵直下式背光模组，其特征在于：每粒LED的间距是15.6~16.5mm，每六粒LED串联一直行的行间距离也是15.6~16.5mm。

3、如权利要求1所述的应用于大尺寸LCD超高亮度LED矩阵直下式背光模组，其特征在于：电路是用六粒LED串联，再串接一个限流电阻作为一组，数十组并联组成一块矩阵模块的电路，根据屏的尺寸大小确定并联组的数量和矩阵模块的长度，矩阵模块的数量极其排列组合方式也是根据屏的尺寸大小确定其数量和排列组合方式，可全垂直组合排列，或水平对分组合排列。

4、如权利要求1所述的应用于大尺寸LCD超高亮度LED矩阵直下式背光模组，其特征在于：PCB电路板为厚度为0.4~0.6mm双面PCB电路板，配10~15mm厚的E型铝型材散热片。

5、如权利要求4所述的应用于大尺寸LCD超高亮度LED矩阵直下式背光模组，其特征在于：PCB电路板设有LED的面涂有纯白色反光漆。

6、如权利要求1所述的应用于大尺寸LCD超高亮度LED矩阵直下式背光模组，其特征在于：LED矩阵的排列方式，以16mm为纵横间距值，正负3％的调整范围，排列成方形矩阵，成为面光源。

7、如权利要求1所述的应用于大尺寸LCD超高亮度LED矩阵直下式背光模组，其特征在于：其供电电压和电流都为恒定电压和恒定电流，并可做占空比调制。

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